CN114109504A - 一种可调断面模拟巷道 - Google Patents

Abstract

本发明属于井下巷道模拟技术领域，具体涉及一种可调断面模拟巷道；可调断面模拟巷道整机由若干个巷道单元首尾对接而成；巷道单元包括外框架，外框架内设置有顶板、底板、固定侧板、滑移侧板，顶板、底板、固定侧板、滑移侧板围合成截面为矩形的模拟巷道；顶板通过竖向升降机构悬吊在外框架内，顶板的一侧与固定侧板滑动相接；滑移侧板包括逐级抽拉连接的数层分节板，顶层的分节板与顶板滑动卡接，底层的分节板下安装有滑轮，底层的分节板与外框架之间通过水平推拉机构连接。本发明通过滑移侧板水平向移动调节模拟巷道的宽度，顶板竖向移动并拖拽滑移侧板展开调节模拟巷道的高度，从而实现巷道断面大小的调节。

Description

一种可调断面模拟巷道

技术领域

本发明属于井下巷道模拟技术领域，具体涉及一种可调断面模拟巷道。

背景技术

煤矿掘进工作面巷道内情况复杂。掘进机设计完毕需要进行工业试验，复杂的巷道情况为掘进机的试验增加了许多不确定因素，况且为了适应所设计的掘进机，需要对巷道进行长时间的调研、交流和考察，浪费人力物力，因此设计井上模拟实验系统具有重要意义。另一方面掘进工作面巷道内粉尘污染一直是威胁井下工作人员职业安全健康和矿井安全高效生产的严峻问题。为了验证除尘系统在综掘工作面的除尘效率，一般采用成本较低、难度较小的实验测试方法，通过构建防尘试验系统，为现场降尘、防尘提供理论基础和技术研发平台。

目前实验室模拟巷道是控尘除尘技术研究的主要手段之一，但固定实验箱体无法满足不同尺寸巷道断面的综掘面试验测试要求，导致实验结果普适性差。

目前一些高校也在研究可调断面模拟巷道用于控除尘技术的研究，但其巷道断面调节受结构的限制，并不能完全实现断面的自动调节，且运用隔离布作为巷道顶板，容易受到除尘系统负压作用而产生变形，安全性能无法保障。

因此，现有技术有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可调断面模拟巷道，以适应不同断面尺寸巷道空间的除尘实验要求和不同掘进机的试验巷道需求。

为解决上述技术问题，本发明的方案包括：一种可调断面模拟巷道，所述可调断面模拟巷道整机由若干个巷道单元首尾对接而成；巷道单元包括外框架，外框架内设置有顶板、底板、固定侧板、滑移侧板，顶板、底板、固定侧板、滑移侧板围合成截面为矩形的模拟巷道；顶板通过竖向升降机构悬吊在外框架内，顶板的一侧与固定侧板滑动相接；滑移侧板包括逐级抽拉连接的数层分节板，顶层的分节板与顶板滑动卡接，底层的分节板下安装有滑轮，底层的分节板与外框架之间通过水平推拉机构连接，滑移侧板水平向移动调节模拟巷道的宽度，顶板竖向移动并拖拽滑移侧板展开调节模拟巷道的高度；前后的巷道单元上的顶板、底板、固定侧板、滑移侧板分别无缝对接。

进一步地，所述竖向升降机构包括数个剪叉式升降台，剪叉式升降台的一个工作端固定在外框架顶部、另一个工作端与顶板固定连接。

进一步地，所述外框架上固定有竖直的导向柱，导向柱有四个，对应穿插在顶板四角的导向孔中，顶板沿导向柱上下滑动，导向孔与导向柱之间嵌套有导向密封圈。

进一步地，所述水平推拉机构包括若干个由两根连杆中部铰接形成的X形状的组合， 若干个X形状的组合一字排列首尾铰接；底层的分节板上设置有导向槽钢Ⅰ，列首的两个连杆上分别连接有滑动铰接座Ⅰ和固定铰接座Ⅰ，滑动铰接座Ⅰ与导向槽钢Ⅰ契合卡接，固定铰接座Ⅰ固定在底层的分节板上；外框架上固定有导向槽钢Ⅱ，列尾的两个连杆上分别连接有滑动铰接座Ⅱ和固定铰接座Ⅱ，滑动铰接座Ⅱ与导向槽钢Ⅱ契合卡接，固定铰接座Ⅱ固定在外框架上，列尾的连杆与外框架之间连接有张拉油缸。

进一步地，所述滑移侧板包括两层分节板，上层分节板的一侧板面上布置有数列竖向的导向角钢Ⅱ，下层分节板上具有与导向角钢Ⅱ契合的角钢导向槽Ⅰ，上、下层分节板之间通过导向角钢Ⅱ与角钢导向槽Ⅰ配合连接；顶板上布置有数列导向角钢Ⅰ，上层分节板的顶端开有角钢导向槽Ⅱ，上层分节板通过角钢导向槽Ⅱ咬合导向角钢Ⅰ与顶板滑动连接。

进一步地，所述外框架是由方钢主龙骨焊接成的门型支架，方钢主龙骨之间连接有用于直接或间接支撑顶板、固定侧板、滑移侧板的方钢次龙骨，外框架整体固定在底板上。

进一步地，所述顶板的前、后侧面设置有密封条Ⅳ，顶板与固定侧板相接的侧面设置有密封条Ⅲ，上层分节板的前、后侧面设置有密封条Ⅸ，下层分节板的前、后侧面设置有密封条Ⅴ，下层分节板的底边设置有密封条Ⅵ，固定侧板的前、后侧面设置有密封条Ⅰ，固定侧板的底面设置有密封条Ⅱ。

进一步地，所述顶板、固定侧板是夹芯板。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

本发明提供的一种可调断面模拟巷道，主要通过可调模拟巷道单元的竖向升降机构和水平推拉机构分别驱动顶板和滑移侧板，从而改变顶板、底板、固定侧板、滑移侧板所围合而成的矩形模拟巷道断面尺寸，同时借助分节板和顶板及滑移侧板重合，实现模拟巷道密闭，所设计可调模拟巷道单元可实现无级调节模拟巷道尺寸，满足各种矩形试验巷道需求，并可通过增加分节板来实现巷道极限尺寸的改变，可调断面模拟巷道长度可通过增减模拟巷道单元进行调节。各模拟巷道单元周边的密封装置可实现模拟巷道单元连接时的紧密结合，模拟巷道单元顶板、底板、固定侧板、滑移侧板、分节板均采用夹芯板，该板材可抵御模拟巷道端头因吸风风筒形成的负压而造成的变形。

附图说明

图1是本发明一种可调断面模拟巷道的结构示意图。

图2是巷道单元的结构示意图。

图3是顶板的结构示意图。

图4是下层分节板的结构示意图。

图5是上层分节板的结构示意图。

图6是滑动铰接座Ⅱ与导向槽钢Ⅱ的配合示意图。

图中：1-外框架；101-横向方钢；102-纵向方钢；103-竖向方钢；104-导向柱；105-导向槽钢Ⅱ；106-密封条Ⅰ；107-密封条Ⅱ；108-固定铰接座Ⅱ；

2-固定侧板；3-顶板；301-导向密封圈；302-密封条Ⅲ；303-密封条Ⅳ；304-导向角钢Ⅰ；305-导向孔；

4-竖向升降机构；5-下层分节板；501-滑轮；5011-车轮架；5012-车轮；5013-车轮轴；502-导向槽钢Ⅰ；503-型钢背肋；504-角钢导向槽Ⅰ；505-密封条Ⅴ；506-密封条Ⅵ；

6-上层分节板；601-导向角钢Ⅱ；602-角钢导向槽Ⅱ；603-密封条Ⅶ；604-密封条Ⅷ；605-密封条Ⅸ；

7-水平推拉机构；701-滑动铰接座Ⅱ；7011-导向轮侧板；7012-导向轮车轴；7013-导向车轮；7014-连接销轴。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

如图1所示；一种可调断面模拟巷道，可调断面模拟巷道整机由若干个巷道单元首尾对接而成。如图2所示；巷道单元包括外框架1，外框架1内设置有顶板3、底板、固定侧板2、滑移侧板。顶板3、底板、固定侧板2、滑移侧板围合成截面为矩形的模拟巷道。

固定侧板2采用夹芯板，固定于外框架1内部一侧，成为可调断面模拟巷道的一个侧帮。顶板3采用拼接夹芯板，位于外框架1的内部顶部，成为可调断面模拟巷道的顶板。顶板3通过竖向升降机构4悬吊在外框架1内，顶板3的一侧与固定侧板2滑动相接；滑移侧板包括逐级抽拉连接的数层分节板，顶层的分节板与顶板3滑动卡接，底层的分节板下安装有滑轮501，底层的分节板与外框架1之间通过水平推拉机构7连接，滑移侧板水平向移动调节模拟巷道的宽度，顶板3竖向移动并拖拽滑移侧板展开调节模拟巷道的高度；前后的巷道单元上的顶板3、底板、固定侧板2、滑移侧板分别无缝对接。

如图2所示；外框架1上固定有竖直的导向柱104，导向柱104有四个，对应穿插在顶板3四角的导向孔305中，顶板3沿导向柱305上下滑动，导向孔305与导向柱104之间嵌套有导向密封圈301。

竖向升降机构4包括数个剪叉式升降台，剪叉式升降台的一个工作端固定在外框架1顶部、另一个工作端与顶板3固定连接。剪叉式升降台内置液压缸，通过液压缸驱动实现平台升降，从而实现带动顶板3上下运动。

水平推拉机构7包括若干个由两根连杆中部铰接形成的X形状的组合， 若干个X形状的组合一字排列首尾铰接；底层的分节板上设置有导向槽钢Ⅰ502、型钢背肋503，列首的两个连杆上分别连接有滑动铰接座Ⅰ和固定铰接座Ⅰ，滑动铰接座Ⅰ与导向槽钢Ⅰ502契合卡接，固定铰接座Ⅰ固定在型钢背肋503上。如图6所示；外框架1上固定有导向槽钢Ⅱ105，列尾的两个连杆上分别连接有滑动铰接座Ⅱ701和固定铰接座Ⅱ108，滑动铰接座Ⅱ701与导向槽钢Ⅱ105契合卡接，形成定向滑动结构。滑动铰接座Ⅱ701包括导向轮侧板7011、导向轮车轴7012、导车轮7013、连接销轴7014，两个导向轮侧板7011设置在导向槽钢Ⅱ105的左右侧，两导向轮侧板7011之间通过连接销轴7014连接，同时连接销轴7014与连杆连接，导向轮侧板7011上设置有一列导向轮7013，导向轮7013置于导向槽钢Ⅱ105的腹腔内，且导向轮7013的外圆周与导向槽钢Ⅱ105的翼缘板滚动连接，导向轮7013通过导向轮车轴7012安装在导向轮侧板7011上。滑动铰接座Ⅰ与导向槽钢Ⅰ502的配合形式与滑动铰接座Ⅱ701与导向槽钢Ⅱ105的配合形式相同。固定铰接座Ⅱ108固定在外框架1上，列尾的连杆与外框架1之间连接有张拉油缸。张拉油缸推动若干个X形状的组合同步伸缩，实现推动滑移侧板移动。

竖向升降机构4和水平推拉机构7需要统一的泵站进行供液，并通过控制系统实现统一动作，关于液压及自动化现有技术已经比较成熟，在此不再详述。

如图4、图5所示；滑移侧板包括两层分节板，上层分节板6的一侧板面上布置有数列竖向的导向角钢Ⅱ601，下层分节板5上具有与导向角钢Ⅱ601契合的角钢导向槽Ⅰ504，上、下层分节板之间通过导向角钢Ⅱ601与角钢导向槽Ⅰ504配合连接，实现纵向相对移动。顶板3上布置有数列导向角钢Ⅰ304，上层分节板6的顶端开有角钢导向槽Ⅱ602，上层分节板6通过角钢导向槽Ⅱ602咬合导向角钢Ⅰ304与顶板3滑动连接，实现上层分节板6水平移动。下层分节板5为实心重板，通过自重保证其始终和底板接触。滑轮501包括车轮架5011、车轮5012、车轮轴5013；车轮架5011安装在下层分节板5上，车轮5012通过车轮轴5013安装在车轮架5011上。下层分节板5通过多组滑轮501实现平滑移动。导向角钢Ⅰ304和导向角钢Ⅱ601由两个背靠背连接的角钢条组成，结构简单，实现滑动连接和卡合连接的双重目的。

外框架1是由方钢主龙骨焊接成的门型支架，方钢主龙骨包括横向方钢101、纵向方钢102、竖向方钢103。方钢主龙骨之间连接有用于直接或间接支撑顶板3、固定侧板2、滑移侧板的方钢次龙骨，方钢次龙骨包括若干长短不同的横向方钢节段、纵向方钢节段、竖向方钢节段，方钢次龙骨与方钢主龙骨焊接连接，构成可调模拟巷道坚固的框体，外框架1整体固定在底板上。

顶板3的前、后侧面设置有密封条Ⅳ303，顶板3通过密封条Ⅳ303实现多个可调断面模拟巷道单元连接时顶板的密封。顶板3与固定侧板2相接的侧面设置有密封条Ⅲ302，顶板3通过密封条Ⅲ302实现和固定侧板2的密封。

上层分节板6的前、后侧面设置有密封条Ⅸ605，下层分节板5的前、后侧面设置有密封条Ⅴ505，下层分节板5的底边设置有密封条Ⅵ506。上层分节板6通过密封条Ⅸ605、下层分节板5通过密封条Ⅴ505实现多个可调断面模拟巷道单元连接时滑移侧板的密封。下层分节板5通过密封条Ⅵ506实现和底板的密封。上层分节板6的顶部设置有密封条Ⅷ604，密封条Ⅷ604设置有避让角钢导向槽Ⅱ602的缺口，通过密封条Ⅷ604实现和顶板3密封，上层分节板6的底部设置有密封条Ⅶ603，通过底部密封条Ⅶ603实现与下层分节板5之间的密封。

固定侧板2的前、后侧面设置有密封条Ⅰ106，固定侧板2通过密封条Ⅰ106实现多个可调断面模拟巷道单元连接时固定侧板的密封，固定侧板2的底面设置有密封条Ⅱ107，固定侧板2通过密封条Ⅱ107实现和底板的密封。

外框架1的尺寸及具体结构可根据需求进行加强和改变；固定侧板2、顶板3及滑移侧板的尺寸可根据模拟巷道断面要求大小进行设计；分节板可根据具体设计进行重合叠加，从而实现多级滑移侧板的嵌套升降。

可调断面模拟巷道单元的宽度尺寸调节：

保持顶部竖向升降机构4不动，通过液压泵站给水平推拉机构7供液压油，从而推动下层分节板5水平移动，由于上层分节板6通过导向角钢Ⅱ601和下层分节板5上的角钢导向槽Ⅰ504嵌套配合，因此上层分节板6也随下层分节板5水平移动而移动，从而实现可调断面模拟巷道单元的宽度尺寸调节。水平推拉机构7的行程则为可调断面模拟巷道的宽度调节量，水平推拉机构7的张拉油缸上设置有平衡阀，实现水平推拉机构7在任一位置的闭锁，从而实现下层分节板5和上层分节板6的定位。

可调断面模拟巷道单元的高度尺寸调节：

保持水平推拉机构7不动，通过液压泵站站给顶部竖向升降机构4供液压油，竖向升降机构4在其液压缸作用下，台面实现升降，进而带动顶板3在导向柱104的约束下下纵向定向运动，顶板3通过导向角钢Ⅰ304和双向移动侧板6上的角钢导向槽Ⅱ602的嵌套配合，从而带动上层分节板6的纵向移动，由于上层分节板6通过导向角钢Ⅱ601和下层分节板5上的导向角钢导向槽Ⅰ504嵌套配合，因此可实现上层分节板6相对于下层分节板5的纵向移动从而实现可调断面模拟巷道单元的高度度尺寸调节。上层分节板6与下层分节板5的重合度不宜小于1/3下层分节板5的高度。分节板可根据需求增加，形成多个分节板的重合并能实现纵向的相对运动。竖向升降机构4的行程则为可调断面模拟巷道的高度调节量，竖向升降机构4的液压缸上设置有平衡阀，实现竖向升降机构4在任一位置的闭锁，从而实现顶板3的定位。

多个可调断面模拟巷道单元首尾相连便形成了可调断面模拟巷道，可调断面模拟巷道一端可紧靠人工岩壁或密封板形成试验巷道，可调断面模拟巷道可通过统一液压泵站供液以及协同控制系统实现可调断面模拟巷道宽度和高度的调节。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种可调断面模拟巷道，其特征在于：所述可调断面模拟巷道整机由若干个巷道单元首尾对接而成；巷道单元包括外框架（1），外框架（1）内设置有顶板（3）、底板、固定侧板（2）、滑移侧板，顶板（3）、底板、固定侧板（2）、滑移侧板围合成截面为矩形的模拟巷道；顶板（3）通过竖向升降机构（4）悬吊在外框架（1）内，顶板（3）的一侧与固定侧板（2）滑动相接；滑移侧板包括逐级抽拉连接的数层分节板，顶层的分节板与顶板（3）滑动卡接，底层的分节板下安装有滑轮（501），底层的分节板与外框架（1）之间通过水平推拉机构（7）连接，滑移侧板水平向移动调节模拟巷道的宽度，顶板（3）竖向移动并拖拽滑移侧板展开调节模拟巷道的高度；前后的巷道单元上的顶板（3）、底板、固定侧板（2）、滑移侧板分别无缝对接。

2.根据权利要求1所述的一种可调断面模拟巷道，其特征在于：所述竖向升降机构（4）包括数个剪叉式升降台，剪叉式升降台的一个工作端固定在外框架（1）顶部、另一个工作端与顶板（3）固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种可调断面模拟巷道，其特征在于：所述外框架（1）上固定有竖直的导向柱（104），导向柱（104）有四个，对应穿插在顶板（3）四角的导向孔（305）中，顶板（3）沿导向柱（305）上下滑动，导向孔（305）与导向柱（104）之间嵌套有导向密封圈（301）。

4.根据权利要求1所述的一种可调断面模拟巷道，其特征在于：所述水平推拉机构（7）包括若干个由两根连杆中部铰接形成的X形状的组合， 若干个X形状的组合一字排列首尾铰接；底层的分节板上设置有导向槽钢Ⅰ（502），列首的两个连杆上分别连接有滑动铰接座Ⅰ和固定铰接座Ⅰ，滑动铰接座Ⅰ与导向槽钢Ⅰ（502）契合卡接，固定铰接座Ⅰ固定在底层的分节板上；外框架（1）上固定有导向槽钢Ⅱ（105），列尾的两个连杆上分别连接有滑动铰接座Ⅱ（701）和固定铰接座Ⅱ（108），滑动铰接座Ⅱ（701）与导向槽钢Ⅱ（105）契合卡接，固定铰接座Ⅱ（108）固定在外框架（1）上，列尾的连杆与外框架（1）之间连接有张拉油缸。

5.根据权利要求1或4所述的一种可调断面模拟巷道，其特征在于：所述滑移侧板包括两层分节板，上层分节板（6）的一侧板面上布置有数列竖向的导向角钢Ⅱ（601），下层分节板（5）上具有与导向角钢Ⅱ（601）契合的角钢导向槽Ⅰ（504），上、下层分节板之间通过导向角钢Ⅱ（601）与角钢导向槽Ⅰ（504）配合连接；顶板（3）上布置有数列导向角钢Ⅰ（304），上层分节板（6）的顶端开有角钢导向槽Ⅱ（602），上层分节板（6）通过角钢导向槽Ⅱ（602）咬合导向角钢Ⅰ（304）与顶板（3）滑动连接。

6.根据权利要求1所述的一种可调断面模拟巷道，其特征在于：所述外框架（1）是由方钢主龙骨焊接成的门型支架，方钢主龙骨之间连接有用于直接或间接支撑顶板（3）、固定侧板（2）、滑移侧板的方钢次龙骨，外框架（1）整体固定在底板上。

7.根据权利要求5所述的一种可调断面模拟巷道，其特征在于：所述顶板（3）的前、后侧面设置有密封条Ⅳ（303），顶板（3）与固定侧板（2）相接的侧面设置有密封条Ⅲ（302），上层分节板（6）的前、后侧面设置有密封条Ⅸ（605），下层分节板（5）的前、后侧面设置有密封条Ⅴ（505），下层分节板（5）的底边设置有密封条Ⅵ（506），固定侧板（2）的前、后侧面设置有密封条Ⅰ（106），固定侧板（2）的底面设置有密封条Ⅱ（107）。

8.根据权利要求1所述的一种可调断面模拟巷道，其特征在于：所述顶板（3）、固定侧板（2）是夹芯板。

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